CN202300240U - 单导轨双液压缸高精度送钻系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种单导轨双液压缸高精度送钻系统。是利用现有井架机构，液压缸与绞车配合使用，即在原有的变频调速电驱动绞车基础上增加了单导轨-双液压缸系统。第一滑车和第二滑车通过滑动连接安装在单导轨上，第二滑车上通过法兰连接有液压刹车，顶驱通过提环上的绞绳绕过定滑轮，一端连接绞车，一端固定在地面上从而实现提钻换杆。能根据地层压力的变化，控制钻头的压力，保证高精度恒压钻进；自动给进较均匀，负荷变化较小，提高了钻头使用寿命，增加了每个钻头进尺最大可达50％；提高了机械钻速最大可达50％。自动送钻装置有反馈闭环控制钻进速度，不会出现溜钻和顿钻事故，钻井安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种深部钻探或石油钻井机具，尤其是超深井自动送钻的高精度恒钻压的绞车-双液液压缸系统。
背景技术
目前国内外实施自动送钻系统依赖于变频调速电驱动绞车、闭环控制液压绞车或闭环控制大吨位长行程液压缸，且仅有最后一种方案可达较高精度。岩心钻探中使用金刚石钻头对钻压的控制要求很高，在钻进过程中如果给进压力过低，钻头牙齿不能压碎岩石，冲击荷载也会变小，钻进速度将变慢甚至不进尺。如果钻进压力过大，会加速钻头牙齿磨损，缩短钻头寿命。在软地层钻进，钻压过大会出现钻头泥包现象，降低钻进效率，所以本系统要求较高的控制精度且控制精度必须稳定在±300Kg范围内。
采用单纯的变频调速电驱动绞车时，其控制对象具有时滞、时变和非线性的特点，执行机构的钢丝绳、大钩与钻杆之间、变速齿轮内部等传递环节存在形变、时滞或非线性等复杂现象，另外被控量还受地质情况、钻头磨损情况、泥浆及水利参数的影响，这些影响因素难以测量，而且在钻井过程中随时会发生变化。因此方案一达不到所要求的精度，因此前一种方案行不通。
采用闭环控制大吨位长行程液压缸方案可达较高精度，且采用液压缸系统钻进时，钻机可对钻具加压，理论上符合要求，但是深部大陆钻探用钻机的立根长达27米，目前现行的液压缸从刚度和强度都无法达到所要求行程，所以紧靠单纯的大吨位长行程液压缸方案也是行不通的。
目前自动送钻装置主要有两种形式：一是盘式刹车自动送钻装置；二是交流变频电机自动送钻装置：采用盘式刹车刹车片磨损较快，且要求几个刹车同时动作，控制精度较低。采用交流变频电机自动送钻是对送钻电动机进行直接的恒钻压闭环控制，使送钻电动机达到自动送钻工艺的技术要求。以上方式是从绞车死绳处取得信号，通过控制电机的转速以达到所需要的钻压。这两种方法由于执行机构均为绞车，控制对象具有时滞、时变和非线性等特点，故控制精度不高。
发明内容
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种单导轨双液压缸高精度送钻系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
利用现有井架机构，液压缸与绞车配合使用，即在原有的变频调速电驱动绞车基础上增加了单导轨-双液压缸系统。第一滑车和第二滑车通过滑动连接安装在单导轨上，顶驱与滑车二通过法兰连接，用于控制顶驱的运动；第一滑车与第二滑车用液压缸连接(缸筒与第二滑车采用法兰连接，活塞杆与第一滑车螺纹连接)，使顶驱沿滑轨移动时具有独立的进给进机构，能提供不小于±％5大钩提升力的给进力或提升力，第二滑车上通过法兰连接有液压刹车，用于固定第二滑车；顶驱通过提环上的绞绳绕过定滑轮，一端连接绞车，一端固定在地面或固定在井架底座上从而实现提钻换杆。
单导轨双液压缸高精度送钻系统，是由在井架底座1上竖直装有井架2和单导轨3，井架2通过螺栓与单导轨3连接，井架2上端装有天车11，滑轮13固定在天车11上，绞绳12绕过滑轮13穿过提环10经拉力传感器固定在地面或井架底座1上，另一端与绞车连接，提环10固定在顶驱8上，第一滑车9与顶驱8通过法兰连接，并与单导轨3滑动连接，第一滑车9通过法兰与双液压缸6的缸筒连接，第二滑车5通过螺纹与双液压缸6的活塞杆连接，第二滑车5与单导轨3滑动连接，第二滑车5上通过法兰安装有液压刹车，吊环7通过螺纹与钻杆4连接构成。
有益效果：本实用新型是利用液压缸与绞车结合的方式进行自动送钻，由液压缸提供300公斤的力，随着钻进的深入其余的力由绞车承担，通过绞车与液压缸所承受力的合理分配，直接控制液压缸，减少传动环节，从而提高控制精度。克服了现有技术的不足，满足不同钻进地层的需要的恒钻压长行程钻进系统；该系统能根据地层压力的变化，控制钻头的压力，保证高精度恒压钻进；自动给进较均匀，负荷变化较小，提高了钻头使用寿命，增加了每个钻头进尺最大可达50％；提高了机械钻速最大可达50％。自动送钻装置有反馈闭环控制钻进速度，不会出现溜钻和顿钻事故，钻井安全可靠。
附图说明
图1单导轨双液压缸高精度送钻系统结构图
1井架底座，2井架，3单导轨，4钻杆，5第二滑车，6双液压缸，7吊环，8顶驱，9第一滑车，10提环，11天车，12绞绳，13滑轮
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：
单导轨双液压缸高精度送钻系统，是由在井架底座1上竖直装有井架2和单导轨3，井架2通过螺栓与单导轨3连接，井架2上端装有天车11，滑轮13固定在天车11上，绞绳12绕过滑轮13穿过提环10经拉力传感器固定在地面或井架底座1上，另一端与绞车连接，提环10固定在顶驱8上，第一滑车9与顶驱8通过法兰连接，并与单导轨3滑动连接，第一滑车9通过法兰与双液压缸6的缸筒连接，第二滑车5通过螺纹与双液压缸6的活塞杆连接，第二滑车5与单导轨3滑动连接，第二滑车5上通过法兰安装有液压刹车，吊环7通过螺纹与钻杆4连接构成。
当钻机安装于平台上之后，在绞车的带动下，顶驱8位于最顶端位置，双液压缸6为完全闭合状态，此时由自动排管装置安装新钻杆4。
当进行送钻时，第一滑车9在绞车的固定下处于静止状态，第二滑车5的刹车系统松开；在双液压缸6的驱动下，第二滑车5迅速沿着滑轨下降到双液压缸6完全伸出的位置，此时，启动第二滑车5的液压刹车系统固定第二滑车5，然后启动伺服小电机和双液压缸6，使钻杆在小电机和液压缸的共同作用下缓慢进行送钻，由拉力传感器对钻头钻压进行测定通过反馈系统来控制液压缸的下放速度，以达到恒钻压稳定送钻的目的，直至双液压缸6闭合。
当双液压缸6闭合后，第一滑车9在绞车的固定下处于静止状态，松开第二滑车5的刹车装置，在双液压缸6的带动下当进行送钻时，第一滑车9在绞车的固定下处于静止状态，第二滑车5的刹车系统松开；在双液压缸6的驱动下，第二滑车5迅速沿着滑轨下降到液压缸完全伸出的位置，此时，启动第二滑车5的液压刹车系统固定第二滑车5，然后启动伺服小电机和双液压缸6，使钻杆在小电机和液压缸的共同作用下缓慢进行送钻，由拉力传感器对钻头钻压进行测定通过反馈系统来控制液压缸的下放速度，直到将钻杆完全送入地下，此时液压缸完全闭合，然后由背钳卸扣松开钻杆4。
当顶驱8与钻杆完全分开后，松开第二滑车5的液压刹车，在绞绳的带动下，第一滑车9、第二滑车5共同沿着滑轨向上运动，直至最高点，在绞车的带动下，顶驱8位于最顶端位置，双液压缸6为完全闭合状态；此时由自动排管装置安装新钻杆4。
Claims (1)
1.一种单导轨双液压缸高精度送钻系统，其特征在于，在井架底座(1)上竖直装有井架(2)和单导轨(3)，井架(2)通过螺栓与单导轨(3)连接，井架(2)上端装有天车(11)，滑轮(13)固定在天车(11)上，绞绳(12)绕过滑轮(13)穿过提环(10)经拉力传感器固定在地面或井架底座(1)上，另一端与绞车连接，提环(10)固定在顶驱(8)上，第一滑车(9)与顶驱(8)通过法兰连接，并与单导轨(3)滑动连接，第一滑车(9)通过法兰与双液压缸(6)的缸筒连接，第二滑车(5)通过螺纹与双液压缸(6)的活塞杆连接，第二滑车(5)与单导轨(3)滑动连接，第二滑车(5)上通过法兰安装有液压刹车，吊环(7)通过螺纹与钻杆(4)连接构成。
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